嵌段共聚物偶联剂对玻璃纤维增强不饱和聚酯的界面改性作用
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偶联剂对玻璃钢界面强度的影响
1999年 玻璃钢/复合材料 1999第2期 Fiber Reinforced Plastics/Composites №2偶联剂对玻璃钢界面强度的影响杨福东 刘 颖 徐永军(山东泰山玻璃纤维有限公司 泰安 271000)摘要: 本文采用红外光谱(FTIR)、凝胶色谱(GPC)以及DMA等测定方法,分析研究了偶联剂通过化学键,改善玻璃纤维与聚合物界面强度的机理,从而为玻璃纤维和玻璃钢生产中涂覆硅烷提供参考。
关键词: 偶联剂 化学键 涂层 界面粘着力1 前 言为了提高玻璃钢中玻纤与树脂的界面强度,尤其是避免水分的侵袭,大多采用偶联剂。
在众多的偶联剂中应用最广泛的是硅烷类,其一般形式是Y-R-SiX3。
硅烷类偶联剂在复合材料中的作用是通过一端的有机官能团与树脂分子反应形成化学键和另一端的硅氧基与玻璃表面的硅醇基团反应来实现的。
本文重点研究硅烷浓度及种类对形成玻纤表面薄膜层的影响,并分别测定环氧、碘甲烷及水对硅烷处理过的玻纤表面的浸透性。
2 实 验2.l 原材料增强材料:无碱玻璃纤维单丝、玻纤布、毡(泰山玻璃纤维有限公司生产);偶联剂:美国OSISpecialties.Inc生产的硅烷类,γ2甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(γ-MPS)或(A-174)TM,γ-氨丙基三乙氧基硅烷(γ-APS)或(A-1100)TM,甲基三氧基硅烷(MS)或(A-1630)。
2.2 实验步骤(1)硅烷溶液的制备及测试将硅烷溶解在水中,并用乙酸控制p H=3.5,然后将硅烷溶液倒入铅碟中,(在110℃干燥2h,硅烷即沉淀而出)。
用红外光谱测量仪测量聚合硅烷的吸收范围。
干燥样品则混合成K Br小球;溶解在四氢呋喃(THF)中的硅烷类聚合物的分子量及其分布由GPC 测量。
(2)玻纤试样的涂覆抽取经过热处理的宽12.7mm,厚6.35mm玻璃纤维织物浸泡在硅烷溶液中5s,取出并在110℃下加热1h,然后放在DMA仪器上测定涂层的特性。
玻璃纤维增强聚丙烯复合材料界面改性研究
玻璃纤维增强聚丙烯复合材料界面改性研究3张志谦 龙 军 刘立洵 金 政 王 卓( 哈尔滨工业大学应用化学系 哈尔滨 150001 )文 摘 研究了聚丙烯(PP)微粒与马来酸酐(MAH)在紫外线辐照下进行接枝反应。
考察了单体MAH 的用量、辐照时间等对接枝率的影响,以及接枝率与复合材料弯曲强度和冲击韧性的关系。
通过IR、DSC和力学性能测试表明,在紫外线辐照下可实现PP-MAH固相接枝,而且接枝PP含量的提高使复合材料的弯曲强度和冲击韧性得到改善。
关键词 玻璃纤维,聚丙烯,马来酸酐,固相接枝,复合材料界面Investigation of Interface M odification of G lass Fiber Rein forcedP olypropylene C om positeZhang Zhiqian Long Jun Liu Lixun Jin Zhen Wang Zhuo( Department of Applied Chemistry,Harbin Institute of T echnology Harbin 150001 )Abstract The grafting reaction of maleic anhydride(MAH)onto polypropylene powder(PP)by UV radiation is studied in this paper.The effects of concentration of MAH and radiation time on the grafting ratio,as well as the in flu2 ence of content of grafted PP on flexural strength and im pact toughness of com posite are investigated.Based on the analy2 sis of IR and DSC and the test of mechanical properties,it is shown that grafting reaction of MAH onto PP in s olid phase can be carried out by UV radiation,and flexural strength and im pact toughness of com posite can be increased when the grafting ratio is high enough.K ey w ords G lass fiber,P olypropylene,Maleic anhydride,S olid phase grafting,C om posite interface1 前言树脂基复合材料是一种比强度高、比模量大的结构材料,在航空、航天、电子、化工等领域获得了应用。
偶联剂在绝缘材料中的作用
偶联剂在绝缘材料中的作用绝缘材料在电力工业中起着至关重要的作用，它们被用于各种电气设备中，如变压器、电机、电缆等，以提供电气绝缘和保护。
绝缘材料的性能受到多种因素的影响，其中之一就是偶联剂的使用。
偶联剂是一种特殊的添加剂，它能够改善绝缘材料的性能，提高其耐候性、耐电晕性、机械强度和热稳定性。
本文将详细介绍偶联剂在绝缘材料中的作用。
一、什么是偶联剂偶联剂是一类具有两性化学结构的有机硅化合物，它们通常含有硅氧基和有机基团。
当偶联剂应用于两种不同材料之间时，它们能够起到桥梁作用，使两种材料更好地结合在一起。
在绝缘材料中，偶联剂的作用是改善基材和填料的界面结合强度，提高材料的整体性能。
1. 提高耐候性绝缘材料通常需要暴露于各种气候条件下，如紫外线、臭氧、潮湿和高温等。
这些因素会导致材料的老化，降低其电气性能和机械性能。
偶联剂能够改善绝缘材料与基材之间的粘合效果，提高材料的耐候性，从而延长其使用寿命。
2. 增强机械强度绝缘材料的机械强度是影响其性能的重要因素之一。
在使用填料（如玻璃纤维、矿物质等）来改善绝缘材料的机械性能时，偶联剂的作用是增强填料与基材之间的粘合效果，从而提高材料的机械强度和韧性。
3. 提高热稳定性绝缘材料在高温下工作时会面临热老化的问题。
偶联剂中的有机基团能够与绝缘材料中的某些组分发生反应，形成牢固的化学键合。
这不仅可以提高材料的热稳定性，还可以降低材料的热膨胀系数，从而减少热应力。
4. 改善电气性能偶联剂能够提高绝缘材料的电气性能，如介电强度和电阻率。
通过改善基材和填料的界面结合强度，偶联剂能够减少材料内部的电导率，从而提高材料的电气性能。
此外，偶联剂还可以改善绝缘材料的吸水性能，减少水分对电气性能的影响。
三、如何选择合适的偶联剂选择合适的偶联剂对于实现偶联剂在绝缘材料中的最佳效果至关重要。
首先，需要根据绝缘材料的类型和用途选择合适的基材。
其次，需要了解填料的性质（如种类、粒径和表面处理等），以选择能够与填料良好结合的偶联剂。
22.偶联剂处理对玻璃纤维／尼龙复合材料力学性能的影响
复合材料学报第23卷 第3期 6月 2006年A ct a M ateri ae C om p o sit ae Sini c aVol 123No 13J une2006文章编号:10003851(2006)03003106收稿日期:20050725;收修改稿日期:20051021基金项目:国家“863”计划重大专项资助课题(2002AA2Z4141)通讯作者:陈 光,教授,博导,主要从事金属与先进复合材料方面的研究 E 2mail :gchen @偶联剂处理对玻璃纤维/尼龙复合材料力学性能的影响张士华1,陈 光31,崔 崇1,米 成2,顾金萍1,于静静1(11南京理工大学材料科学与工程系,南京210094;21安徽铜陵恒发电力实业总公司,铜陵)摘 要: 采用KH 2550和KH 2570两种不同的偶联剂处理玻璃纤维,得到的玻璃纤维增强铸型(MC )尼龙复合材料(GFRMCN )的力学性能差别很大。
经过KH 2570处理GFRMCN 力学性能降低,而经过KH 2550处理能有效提高其力学性能;KH 2550质量分数与处理的玻璃纤维质量分数之间符合定量关系式,含量为0.2%时,GFRMCN 的弯曲强度提高了35%,弯曲模量提高了72%,拉伸强度提高了46%,弹性模量提高了88%,冲击强度提高了41%。
KH 2550偶联剂在玻璃纤维与尼龙基体之间形成良好界面结合,达到增强效果;而未经处理的玻璃纤维断裂时从基体中拔出,玻纤与尼龙界面相当于缺陷,使MC 尼龙性能下降。
关键词: 硅烷偶联剂;玻璃纤维;表面处理;铸型尼龙中图分类号: TQ32711;TB332 文献标识码:AE ffect of silicon coupling agent treatment of glass f iber on mechanical properties of GFRMCNZHAN G Shihua 1,C H EN Guang 31,CU I Co ng 1,M I Cheng 2,GU Jinping 1,YU Jingjing 1(11Department of Materials Science and Engineering ,Nanjing University of Technology ,Nanjing 210094,China ;21Electric Power Industry Parent Company ,Tongling 244000,China )Abstract : Different silicon coupling agents (SCA )cause a large difference in mechanical properties of the glass fiber reinforced MC nylon (GFRMCN ).The KH 2570SCA makes them decrease while the KH 2550makes them improve.There is a rational formula between the mass f ractions of KH 2550and glass fiber.When the mass f raction of KH 2550is 0.2%,the bend strength ,bend modulus ,tensile strength ,tensile stress and impact strength of GFRMCN are increased by 35%,72%,46%,88%and 41%,compared with those of MC nylon.G lass fibers after surface treatment with KH 2550SCA increase the properties of GFRMCN because of a good interface between GF and nylon.However ,most glass fibers are drawn out f rom nylon basement if they are not treated with SCA.The interfaces of GF/nylon become fatal weakness and reduce the properties of GFRMCN.K eyw ords : silicon coupling agent ;glass 2fiber ;surface treatment ;monomer casting nylon 铸型尼龙又称单体浇铸尼龙,简称MC 尼龙,是优良的工程塑料之一。
界面改性对纤维复合材料强度的影响
界面改性对纤维复合材料强度的影响引言：纤维复合材料是一种由纤维增强剂和基体材料组成的复合材料。
纤维增强剂常见的有碳纤维、玻璃纤维和聚合物纤维等。
而基体材料通常是一种聚合物树脂。
在纤维复合材料中，界面区域是纤维增强剂与基体材料之间存在的区域。
界面的质量和性能对纤维复合材料的强度和耐久性有着重要的影响。
而界面改性是一种重要的手段，可以改善纤维复合材料的性能。
一、界面改性的定义及目的界面改性是指通过在纤维与基体之间加入适当的界面材料，来改善纤维复合材料的性能。
界面改性的主要目的是增强纤维与基体间的相互作用力，提高纤维与基体的结合强度，从而提高纤维复合材料的力学性能。
二、界面改性对纤维复合材料强度的影响1. 提高界面粘结强度界面改性可以改善纤维与基体之间的结合强度。
通过添加具有粘结性能的界面材料，可以增加纤维与基体间的相互作用力，有效提高材料的强度。
例如，使用有机硅化合物、聚醚等界面材料时，可以与基体材料进行化学键结合，从而提高界面的粘结强度。
2. 抑制界面剪切失效界面剪切失效是指纤维与基体之间的相对滑动，导致界面剪切应力集中，从而引起纤维复合材料的损伤和破坏。
通过界面改性，可以增加界面的粘结强度，抑制界面剪切失效的发生，提高纤维复合材料的疲劳强度和耐久性。
3. 提高复合材料的断裂韧性界面改性可以增加纤维与基体间的耦合效应，提高复合材料的断裂韧性。
界面材料的添加可以改变纤维与基体之间的应力分布，减少应力集中，提高复合材料的抗裂能力。
此外，界面改性还能够增加纤维与基体之间的能量吸收能力，提高复合材料的断裂韧性。
4. 降低界面应力集中界面改性能够降低界面应力集中，提高纤维复合材料的强度。
通过适当选择界面材料，可以调节纤维与基体的热膨胀系数和力学性能，使纤维与基体的应变分布更加均匀，减少界面应力集中，从而提高纤维复合材料的强度和机械性能。
5. 提高高温性能界面改性可以提高纤维复合材料的高温性能。
在高温下，界面会发生脆化和降解，导致纤维与基体之间的粘结强度降低，从而影响材料的强度。
玻纤增强聚氨酯泡沫塑料界面形成特性及对其力学性能的影响_徐涛
4
结
论
( 1) 玻纤在 KH550 表面处理剂中的分散性良好, 在玻纤表面形成一致密的膜 , 膜的厚度和均匀度会影 响聚氨酯规整泡孔的形成。 ( 2) PAP I 上的异氰酸根与 KH 550 中的 NH 2 发 生反应, 生成了脲基 , 形成了稳定的化学键合界面。 ( 3) 利用聚氨酯乳液和硅氧烷偶联剂对玻纤进行
[ 1~ 4]
样品制备 本研究采用的原材料为丙三醇聚醚、 PAP I 、9 m
中碱玻璃纤维、 KH550 纤维表面处理剂、 聚氨酯乳液。 显微镜观察样品的制备: 在一干净载玻片上, 放置 一束 ( 约 20~ 30 单丝 ) 未处理过的玻纤 , 再滴入 3 滴 5% KH 550 立即 在显微镜 下观察。放置一天 待成膜 后, 将成膜的玻纤取出 , 放置在一载玻片上 , 加入几滴 PAP I, 待凝固后盖上盖玻片观察形貌。 红外测试 样品制备 : 在 一塑料模 盖上加 入 5 ml PAP I、 5 滴丙三醇聚醚, 以及 2 ml 5% KH 550, 待气泡 发出、 反应完全后就可进行测试。 力学性能测试样品制备 : 在玻璃纤维拉丝过程中 用两种偶联剂 ( 聚氨酯乳液、 硅氧烷偶 联剂) 浸 润、 干 燥, 最后切断成 3 mm 长的短切纤维。以聚醚与发泡 剂、 匀泡剂及催化剂作为一个组分 , 将束状玻璃纤维加 入该组分中 , 搅拌均匀 , 然后与另一组分 PAP I 混合后 反应 , 灌 注 于 模 具 中 , 得 到 不 同 密 度 ( 0. 1, 0. 3, 0. 5 g/ cm 3) 的玻纤/ 硬质聚氨酯泡沫塑料。 2. 2 所用仪器 M RC - 1000 型激光共聚焦 扫描显微镜 ( 美国 Bio Rad 公司 ) ; 800 型傅立叶红外测试仪 ( 美国 Nicolet 公 司)
偶联剂对玻璃纤维增强塑料的界面作用
FRP /CM2000.NO.41前言玻璃纤维增强塑料的主要组份是玻璃纤维与树脂，其性能优劣主要取决于它们的性能以及它们组合后的界面效应。
玻璃纤维增强塑料破坏时，一般都从界面破坏。
界面的形态比较复杂，且影响因素也很多，如界面的化学组成、界面能、树脂对纤维的浸润程度、静电效应、热膨胀系数、弱界面层WBL(Weak bOundary Iayer )等。
用偶联剂处理纤维表面，不但提高干态强度还能改善湿态强度和增韧性能、耐热性、阻燃性、耐气候性、耐摩擦性、电气性能等。
其作用机理与玻璃纤维表面状态、树脂组份及偶联剂本身化学组成有关。
常用的偶联剂有硅烷偶联剂、铬络合物偶联剂、钛酸酯偶联剂等。
其中最常用的是硅烷偶联剂，主要用于各种增强塑料(热固性和热塑性)、弹性体、涂层材料、涂料、粘合剂等中。
用偶联剂处理纤维的方法也有三种，分为前处理、后处理及迁移法。
本文从玻璃纤维表面组成、树脂的性能和偶联剂三方面综述了偶联剂对界面作用的机理及界面理论。
2偶联剂对界面的作用机理及界面理论2.1玻璃纤维及其表面玻璃纤维中最常用的有中碱玻璃纤维和无碱玻璃纤维。
两种纤维的化学组成如表1[1]。
由表可知，就化学组成来讲，玻璃纤维是以SiO 2为主体的多种氧化物的混合物。
结构上以SiO 2为框架结构存在。
玻璃纤维表面层的元素分布与内部的元素分布不同，在表2[2]中表示了ESCA 方法和Auger 方法测定的玻璃纤维表面及内部的元素分布。
化学组成SiO 2AI 2O 3B 2O 3ZrO 2MgO CaO Na 2O K 2O Li 2OFe 2O 3E -玻璃纤维55.214.87.3 3.318.70.30.20.3A -玻璃纤维72.02.50.50.99.012.51.50.5表1常用的玻璃纤维组成元素本体元素分布纤维表面Auger 法ESCA 法Si AI Mg Ca B F O 18.66.12.26.34.10.461.824.18.40.71.83.01.861.29.65.01.83.40.00.459.9表2E-玻璃纤维的表面及内部的组成玻璃纤维表面组成与表面处理剂的种类有关系，表面处理剂不同表面元素分布也不同。
不饱和PDMS-PCL嵌段共聚物的合成及其在不饱和聚酯树脂中的应用
不饱和PDMS-PCL嵌段共聚物的合成及其在不饱和聚酯树脂中的应用余桐柏1*，黄贵明1*，符若文2*(1．肇庆福田化学工业有限公司技术部，广东肇庆526238；2．中山大学化学与化学工程学院，广东广州510275)The Synthesis of Unsaturated PDMS-PCL Block Copolymer and its Application inUnsaturated Polyester ResinYu Tongbai1*,Huang Guiming1*,Fu Ruowen2*(1.R&D department Zhaoqing Futian Chemical Co.,Ltd,Zhaoqing526238；2.School of Chemistry and Chemical Engineering Sun Yat-sen University,Guangzhou510275,China)Abstract:In this study,unsaturated PDMS-PCL block copolymer is synthesized by hydroxyl-terminated polydimethylsiloxane,ε-caprolactone and maleic anhydride,and its application in unsaturated polyester is studied.The results show that by adding5%MSPCL20the surface tension of unsaturated polyester is decreased from37.62mN/m to23.33mN/m,and water contact angle of the resin cast is increased from77.9°to102.5°.The solid surface made from MSPCL20 modified unsaturated polyester has very low water absorption and excellent stain resistance.Keywords:hydroxyl-terminated Polydimethylsiloxane；ε-caprolactone；block copolymer；unsaturated polyester resin；solid surface；surface tension；stain resistance不饱和聚酯树脂是复合材料的重要基体材料，具有力学性能好、可以室温快速固化成型、硬度高、成本低等优点，在建筑、能源、交通运输、化工管道及防腐等领域具有广泛的应用。
材料表界面 作业答案
材料表界面 作业第一章：序言1. 何谓表界面？为什么说表界面不是几何学上的平面？P1 （1）表界面是由一个相过渡到另一个相的过渡区域，由物质的具体聚集态表界面可以分为：表面（固—气、液—气）；界面（固—液、液—液、固—固）（2）表界面是相与相之间的过渡区域，其结构、能量、组成等都呈现出连续性变化，是一个结构复杂，厚度约为几个分子维度的准三维区域，因此，表界面并不是几何学上的平面。
第二章：液体表面2. 试述表面张力（表面能）产生的原因。
P12 原因为液体表面层的分子所受的力不均匀而产生的。
液体表面层即气液界面中的分子受到指向液体内部的液体分子的吸引力，也受到指向气相的气体分子的吸引力，由于气相吸引力太小，这样，气液界面的分子净受到指向液体内部并垂直于表面的引力作用，即为表面张力。
这里的分子间作用力为范德华力。
3. 在20℃及常压条件下，将半径为1.00cm 的水滴分散成半径为1.00μm(10-6m)的雾沫,需要做多少功?在20℃及1.01*105Pa 条件下，将半径为r1=1.00mm 的水滴分散成半径为r2=10-3mm 的雾沫,需要做多少功?解：3912()10rN r ==96232'0.0728*4*3.14*[10*(10)(10)]0.000913r W J --=--=-4.弯曲面的附加压力ΔP 与液体表面张力和曲率半径之间存在怎样的关系？若弯曲面为球面，平面又怎样？答：（1）关系为：Laplace 方程： （2）球面：2/ (2-15)p r σ∆=12(1/1/) (2-18)p r r σ∆=+（3）平面： r1=r2=∞,即跨越平面没有压差。
5. 毛细管法测定液体表面张力的原理是什么？为什么要对毛细管法进行修正？ 答：原理：液体在毛细管中易产生毛细现象。
由Laplace 方程推广到一般情况:其中△ρ为气液两相密度之差, θ为液体与管壁之间的接触角，r 为毛细管的半径，由上式，从毛细管上升或下降高度h 可以求出表面张力σ，即：(2)修正的原因：①把凹凸月面当作球面近似处理。
合成纤维纱的嵌段共聚物改性研究
合成纤维纱的嵌段共聚物改性研究合成纤维以其高强度、耐磨损和易于维护的特性，已经成为现代纺织工业中广泛使用的材料。
然而，由于其缺乏柔软性和抗皱性，合成纤维纱在一些应用中存在一定的局限性。
为了改善这些性能，并满足不同需求，科学家们一直在寻求新的改性方法。
一种具有潜力的改性方法是通过嵌段共聚物的引入，这种方法可以改善纱的柔软性、抗皱性和电绝缘性能。
嵌段共聚物是由两个或多个不同的单体按照特定的顺序交替聚合而成的高分子化合物。
通过将嵌段共聚物引入合成纤维纱中，可以实现纤维结构的改变和性能的提升。
嵌段共聚物的引入可以调整纤维纱的链状结构，增加纱的柔韧性和延展性，从而提高纱的弯曲和抗皱性能。
此外，嵌段共聚物还可以改善纱的电绝缘性能，使其在电子器件和电气工程领域有更广泛的应用。
嵌段共聚物改性的研究主要关注以下几个方面。
首先是嵌段共聚物的合成。
嵌段共聚物的合成需要选择合适的单体和反应条件。
科学家们通过调整聚合反应的温度、压力和催化剂的种类，控制单体的聚合次序和化学结构。
通过合成不同结构和性质的嵌段共聚物，可以实现对纤维纱不同性能的调控。
其次是嵌段共聚物的添加方法。
为了将嵌段共聚物添加到纤维纱中，科学家们探索了多种方法，如浸渍法、溶液法和熔融法。
这些方法不仅可以保持嵌段共聚物的结构完整性，还可以实现嵌段共聚物的均匀分布。
第三是纤维纱的改性性能研究。
嵌段共聚物的引入可以显著改善纤维纱的性能。
科学家们通过测试纱的力学性能、抗皱性、电绝缘性和耐磨损性等指标，评估嵌段共聚物的改性效果。
通过对不同嵌段共聚物和添加方法的比较研究，可以找到最佳的改性方案。
此外，嵌段共聚物的生产过程也需要考虑环境保护和可持续发展的因素。
科学家们正在研究开发新的环保嵌段共聚物合成方法和添加技术，以减少对环境的影响。
综上所述，嵌段共聚物改性是改进合成纤维纱性能的一种有效方法。
科学家们通过合成不同结构和性质的嵌段共聚物，并通过不同的添加方法将其引入纤维纱中，可以实现纤维纱性能的改善和调控。
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塑料工业CH I N A P LASTI CS I N DUST RY 第37卷第6期2009年6月3国家自然科学基金资助项目(50003003) 33联系人021-********xdzhou@ecust 1edu 1cn 作者简介:李殷,女,1977年生,博士生,研究领域是聚合物基复合材料界面。
嵌段共聚物偶联剂对玻璃纤维增强不饱和聚酯的界面改性作用3李 殷,周晓东33(华东理工大学化学工程联合国家重点实验室,上海200237) 摘要:采用原子转移自由基聚合(ATRP )方法合成的聚苯乙烯-b -聚丙烯酸丁酯-b -聚γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷(PS 2b 2Pn BA 2b 2P MPS )嵌段共聚物偶联剂处理玻璃纤维,研究了共聚物偶联剂对玻璃纤维增强不饱和聚酯力学性能的影响。
结果表明:嵌段共聚物偶联剂能有效改善复合材料的强度、模量及韧性,适当增大共聚物中聚苯乙烯嵌段的链长,有利于复合材料的弯曲强度和弯曲模量的提高;复合材料的冲击强度则随着Pn BA 嵌段链长的增长而提高,但过长的Pn BA 链长会导致弯曲强度及模量的下降,当Pn BA 聚合度为50时,可获得强度、模量及韧性均较高的复合材料。
关键词:嵌段共聚物;偶联剂;玻璃纤维;自组装;界面中图分类号:T Q32314+2 文献标识码:A 文章编号:1005-577092009)06-0024-04I n terfac i a lM i f i ca ti on of Block Copoly m er Coupli n g Agen t on Gl a ss F iber /Un s a tura tedPolyester Resi n Cm positesL I Yin,Z HOU Xiao 2dong(State Key Laborat ory of Che m ical Eng .East China University of Sci .and Tech .,Shanghai 200237,China )Abstract:Polystyrene 2b 2poly (butyl acrylate )2b 2Poly (r 2methacryl oxy p r opyl tri m ethoxysilane )(PS 2b 2PnBA 2b 2P MPS )as a tri 2bl ock copoly mer coup ling agent was synthesized by at om transfer radical poly meriza 2ti on (ATRP )and used t o treat the surface of glass fiber,studied its effect on the static mechanical p r operties of glass fiber/unsaturated polyester resin composites .The results showed,bl ock copoly mer coup ling agentcould i m p r ove strength,modulus and t oughness effectively,and increase in the bl ock lengths of polystyrene was of advantage t o bending strength and modulus of composites .But t oo l ong PnBA chain length would lead the decline of bending strength and modulus,when PnBA poly merizati on degree was 50,the higher strength,modulus and t oughness of the co mposites were available .Keywords:B l ock Copoly mer;Coup ling Agent;Glass Fibre;Self 2asse mble;I nterface 在纤维增强聚合物复合材料中形成良好的界面黏结,是充分发挥纤维增强作用的必要条件。
通常情况下,无机增强纤维与有机的聚合物基体间相容性、亲和性较差,难以形成有效的黏结。
通过对纤维的表面改性[1](如蚀刻、表面接枝、偶联剂处理、表面涂覆等方法)及树脂基体的物理、化学改性(引入可反应的活性基团)等方法,可改善纤维与基体间的润湿性,提高纤维与基体间的相互作用。
采用偶联剂处理玻璃纤维是常用的方法之一,偶联剂可与纤维及基体间形成较强的相互作用,可有效提高复合材料的界面黏结强度,有利于材料强度、模量的提高。
在很多场合,对所用材料的韧性有很高的要求,通过对基体树脂的增韧改性,可在一定程度上改善复合材料的韧性,但可能造成强度、模量及耐热性的下降。
在界面引入柔性层,能使界面均匀的传递载荷、减少应力集中、松弛界面残余应力、提高材料的冲击韧性[2]。
柔性层的性质及其与纤维和基体的相互作用会对界面传递应力的能力产生重要影响,如何在柔性层与纤维及基体间形成有效的界面黏结,对复合材料的强度、模量至关重要。
本文采用合成的嵌段共聚物偶联剂对玻璃纤维布进行表面处理,研究了共聚物偶联剂对复合材料强度、模量和韧性的影响。
・42・第37卷第6期李 殷等:嵌段共聚物偶联剂对玻璃纤维增强不饱和聚酯的界面改性作用1 实验部分111 原料和仪器不饱和聚酯树脂、辛酸钴、过氧化甲乙酮:华东理工大学华昌聚合物有限公司;聚苯乙烯-b-聚丙烯酸丁酯-b-聚γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷(PS2b2P BA2b2P MPS)嵌段共聚物偶联剂:通过原子转移自由基聚合方法自制[3]。
电子万能试验机:C MT4204型,深圳新三思试验设备有限公司;冲击实验机:XJU222J型,河北承德试验机厂;扫描电子显微镜:JS M26360LV型,日本电子公司。
112 嵌段共聚物偶联剂对玻璃纤维布表面的处理将PS2b2Pn BA2b2P MPS配制成质量浓度为015%的二甲苯溶液,玻璃纤维布置于500℃马弗炉中6h 去除表面的浸润剂后,完全浸没在以上配置的嵌段共聚物溶液中,40m in后取出,自然晾干后,置于90℃烘箱中烘30m in,再升温至120℃反应1h。
113 玻璃纤维增强不饱和聚酯复合材料的制备将100份不饱和聚酯树脂和012份辛酸钴混合均匀后,再滴加1份过氧化甲乙酮,充分搅拌且排出气泡,配制成胶液。
然后将玻璃纤维布依次放入配制好的胶液中浸渍015h后的放入模具中,室温固化做成约4mm厚的板材,并分别加工成弯曲和缺口冲击试样。
114 性能测试用质量法测试玻璃纤维含量;按G B/T9341—2000测试试样的弯曲性能;按G B/T1843—1996测试试样的缺口悬臂梁冲击强度。
取冲击样条断面,真空喷金后在扫描电子显微镜下观察断面形态。
2 结果与讨论211 共聚物偶联剂对玻璃纤维/不饱和聚酯复合材料性能的影响 表1是不同表面处理的玻璃纤维对不饱和聚酯复合材料力学性能的影响。
从表1可以看出,除了用Pn BA2b2P MPS处理后玻璃纤维增强复合材料弯曲模量稍有下降外,总体来说处理剂均使玻纤增强复合材料的弯曲强度、弯曲模量和缺口冲击强度有不同程度的提高,而以三嵌段共聚物大分子偶联剂PS2b2Pn2 BA2b2P MPS的处理效果较好。
嵌段共聚物偶联剂PS2b2PnBA2b2P MPS中的P MPS嵌段水解后形成硅羟基,可以与玻璃纤维表面的硅羟基缩合形成化学键结合[4]。
小分子偶联剂MPS可以通过硅羟基与玻璃纤维形成化学键,使得玻璃纤维和基体树脂界面结合得到了提高,弯曲强度和弯曲模量都得到了一定的提高,缺口冲击强度变化不大。
经PnBA2b2P MPS处理后,可在纤维与树脂的界面引入柔性层,从而使得复合材料缺口冲击强度都明显提高,但与基体间难以形成较强的相互作用,材料的弯曲强度没有明显的提高,模量下降。
a-PS2b2P MPS处理 b-PS2b2Pn BA2b2P MPS处理图1 玻璃纤维/不饱和聚酯树脂复合材料缺口冲击样条的断口形态的SE M照片Fig1 SE M of fracture of co mposites after notched i m pacted用PS2b2P MPS、PS2b2PnBA2b2P MPS处理后,PS 嵌段与不饱和聚酯树脂具有一定的相容性,经嵌段共聚物偶联剂处理的玻璃纤维与不饱和聚酯复合时,已与玻璃纤维形成强相互作用的嵌段偶联剂中的PS嵌段通过扩散与基体分子链形成相互缠结及互锁结构,从而可提高纤维与基体的界面黏结强度,材料弯曲强度及模量得到了较大提高。
由于中间嵌段nBA的存在,PS2b2Pn BA2b2P MPS分子链的柔顺性提高,有利于嵌段共聚物PS链段在基体中的扩散及其与基体相互缠结的形成,有利于提高玻璃纤维与基体之间界面黏结强度。
图1为玻璃纤维/不饱和聚酯树脂复合材料断面的扫描电镜(SE M)照片,经PS2b2P MPS处・52・塑 料 工 业2009年 理后玻璃纤维表面黏附少量树脂,纤维拔出比较明显,而经PS 2b 2Pn BA 2b 2P MPS 处理后表面黏附树脂较多,纤维拔出现象减少,亦说明中间嵌段nBA 的存在,促进界面黏结的改善。
212共聚物偶联剂聚苯乙烯嵌段聚合度对玻璃纤维/不饱和聚酯复合材料性能的影响 不同PS 链长的PS 2b 2PnBA 2b 2P MPS 嵌段共聚物处理玻璃纤维增强不饱和聚酯复合材料的弯曲性能和冲击强度见图2和图3。
图2 聚苯乙烯链段聚合度对玻璃纤维/不饱和聚酯弯曲性能的影响Fig 2 influence of PS degree of poly merizati on on flexuralperf or mances of composites由图2可以看出,随着聚苯乙烯链段聚合度的增加,复合材料的弯曲强度和弯曲模量有一定上升,逐渐趋于平缓。
偶联剂中的PS 嵌段与不饱和聚酯树脂具有一定的相容性,随着聚苯乙烯嵌段聚合度的增加,与基体通过相互扩散形成的缠结以及不饱和聚酯固化后与PS 链形成的互锁作用增大。
从而纤维与基体树脂的界面黏结就越强[3]。
当聚苯乙烯嵌段聚合度增大到一定值后,缠结及互锁作用对界面黏结作用的贡献达到饱和,进一步增大PS 嵌段长度,材料的弯曲强度、模量不再增大。
图3 聚苯乙烯链段聚合度对玻璃纤维/不饱和聚酯缺口冲击强度的影响Fig 3 I nfluence of PS degree of poly merizati on on notchedi m pacted strength图3中冲击强度的变化则没有那么明显,当处理纤维的嵌段共聚物偶联剂聚苯乙烯嵌段较短时,聚苯乙烯分子链与基体的相互缠结与互锁作用较弱,在收到外加冲击载荷时,通过纤维脱黏及纤维拔出时所吸收的能量增加;当处理纤维的嵌段共聚物偶联剂聚苯乙烯嵌段较长时,不饱和聚酯固化后与PS 链形成的相互缠结与互锁结构的程度提高,在收到外加冲击载荷时,通过纤维的断裂及基体断裂吸收的能量增加。